CN112684259B - 一种用于测量磁介质材料介电常数和磁导率的重入式腔体传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于测量磁介质材料介电常数和磁导率的重入式腔体传感器，包含谐振腔和共面波导馈电线。谐振腔由四块介质基板纵向叠加组成，每块介质基板均设多个金属化通孔形成谐振腔的金属边界。第二与第三介质基板中间的金属层均刻蚀有一长条凹槽。所有介质基板各刻蚀一个非金属通孔贯通作为介电常数传感区域，第三和第四介质基板的介质层各刻蚀一长条凹槽为磁导率传感区域。粉末样品装载于聚四氟乙烯管中分别放入两个传感区域进行测量。本发明将折叠技术应用于衬底集成波导重入式谐振腔，缩减了尺寸，并通过弱耦合馈电提高谐振腔的品质因数，同时在谐振腔强磁场区引入复磁导率传感区域，获得一种结构紧凑、易于加工与集成的全面表征磁性粉末磁介电特性的多功能传感器。

Description

一种用于测量磁介质材料介电常数和磁导率的重入式腔体传 感器

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及适用于测量磁性粉末的复介电常数与复磁导率的微波无源传感器。

背景技术

随着微波技术在众多领域（军事、医疗、食品、冶金等）中的发展，各种高频器件被开发应用，各行业中出现多种新型磁介质材料，材料磁电特性测量的需求不断增大。铁合金行业历来是高耗能行业，传统冶金炼铁方式的热效率较低且会产生大量的环境污染。金属氧化矿的微波加热还原作为一种新型冶金技术相比于传统的生铁生产工艺具有能量利用率高，反应速率快和环境污染少的优点。为了达到最高的加热效率，需要确定不同生产原料的最高损耗频点。因此，研究各种金属氧化体粉末的基本磁电特性对于冶金工业具有较高的实用意义。

现有复介电常数与复磁导率测量方法主要可分为谐振法、自由空间传输法、同轴传输线法等。微波传输线法可以在一个宽频段内测量物质的复介电常数与复磁导率，有利于研究物质在不同频点的色散特性。相较于其他方法，谐振法因其所特有的高品质因数、高精度等优点得到了广泛的应用。微波谐振法可以更精确地表征待测物在特定频点的物质特性，但很多微波传感器只能单独检测介电常数或磁导率。科研人员近年来提出了单一结构的可同时表征磁电特性的多功能传感器，具有成本低廉、结构紧凑、设计灵活性强和利于射频检测系统集成的优点。然而目前报道的多功能传感器仍然存在电场与磁场的分离效果不好问题，磁性物质的介电常数测量受到自身高磁损耗的影响而产生了较大误差。

发明内容

本发明提出一种用于测量磁介质材料介电常数和磁导率的重入式腔体传感器，目的是将重入式谐振腔结构应用于磁性粉末复介电常数与复磁导率的测量，并通过电场与磁场的分离减少理论误差，由此简化数值模型。另一方面，该多功能传感器利用折叠结构缩小谐振腔的相对尺寸，同时保留腔体的高品质因数，为满足高损耗物质的测量需求通过弱耦合馈电进一步提高品质因数，通过利用腔体折叠处的强电场提高介电常数测量的灵敏度，从而实现对不同磁性粉末在特定频点的复介电常数与复磁导率的精确表征，以满足各学科领域对电磁多功能传感器的迫切需求。

本发明的技术方案如下：

一种用于测量磁介质材料介电常数和磁导率的重入式腔体传感器，所述传感器包含一个折叠的二分之一模矩形重入式谐振腔和两段锥形共面波导馈电线。

所述传感器由纵向叠合的四块介质基板构成传感器基体，每块介质基板均具有顶层金属层、中间介质层以及底层金属层三层结构。

所述第一介质基板的底层金属层和第二介质基板的顶层金属层、第三介质基板的底层金属层和第四介质基板的顶层金属层在中间区域均刻蚀有上下位置对应、形状面积相同的矩形凹槽，所述凹槽的槽底刻蚀至各自的中间介质层，所述矩形凹槽两两合拢形成并且上下重叠构成谐振腔，所述谐振腔是一个矩形重入式、沿中心线折叠的二分之一模腔。

所述两段共面波导馈电线位于第一介质基板的顶层金属层上。

所述每一块介质基板的中间介质层均刻蚀有多个金属化通孔（1-5），均匀分布在谐振腔的外围与馈电线的两侧，其目的是用于等效谐振腔的金属边界。

所述第二介质基板的顶层金属层与第三介质基板的底层金属层在所述矩形凹槽区域并且靠近谐振腔一侧的金属边界位置各自留有一块矩形金属未刻蚀；所述第二介质基板（1-2）和第三介质基板的中间介质层在对应所述矩形金属区域位置刻蚀有多个金属化通孔，所述矩形金属和金属化通孔共同形成谐振腔的电容柱结构；贯穿四层介质基板并在电容柱结构与靠近的金属边界之间刻蚀有一个非金属化通孔，作为介电常数传感区域。

所述第三介质基板与第四介质基板的中间介质层上相对刻蚀有长条凹槽，所述长条凹槽横穿过谐振腔并贯通基板的两侧，且位置与远离电容柱结构一侧的谐振腔金属边界靠近并与金属边界平行，作为磁导率传感区域。

所述第二介质基板的底层金属层与第三介质基板的顶层金属层在与所述电容柱结构靠近的金属边界的内侧相对刻蚀有一长条凹槽，长条凹槽的槽底刻蚀至各自的中间介质层，其目的是为了允许电磁波从第一介质基板和第二介质基板传播到第三介质基板和第四介质基板，从而实现折叠形式的电磁场分布模式。

进一步，所述矩形金属和金属化通孔共同形成谐振腔的电容柱结构位于长条凹槽的中点相对的位置。

进一步，所述第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板在对应共面波导馈电线的位置均刻蚀出矩形缺口，作为共面波导馈电线的连接头的放置位置。

采用本发明以上方案，可以在介电常数传感区域通过仿真样品不同介电常数与介电损耗角得到传输响应曲线的谐振频点和品质因数，建立介电常数实部的求解模型以谐振频点为自变量拟合一元函数，建立介电损耗正切角的求解模型以介电常数实部、品质因数为自变量拟合二元函数。在介电常数传感区测试样品后先用谐振频率测量值代入一元函数求出介电常数实部，然后将该介电常数实部计算值和品质因数测量值代入二元函数求出介电损耗正切角。

同时，可以在磁导率传感区域通过仿真样品不同磁导率实部与磁损耗角得到谐振频点和品质因数，建立磁导率实部求解函数时考虑到样品高磁损耗对谐振频点的较大影响，为减少磁导率实部计算误差使用二元函数进行拟合，即在谐振频点的基础上增加品质因数作为新自变量以反映磁损耗的影响。建立磁损耗正切角求解模型以谐振频点、品质因数为自变量拟合二元函数。在磁导率传感区域测试样品后将谐振频点和品质因数分别代入上述两个二元函数求出磁导率实部与磁损耗正切角。

本发明的有益效果具体如下：

1.本发明将折叠技术应用于衬底集成波导重入式谐振腔，即将谐振腔设计为由一个矩形重入式谐振腔沿中心线折叠的二分之一模腔体，在结构加工精度范围内，保证纵向叠合对准精度，结构器件特性和非折叠原始器件特性基本一致（谐振频点和品质因数），这样极大程度地缩减了谐振腔的相对尺寸，克服了现有微波无源传感谐振结构体积大的缺点，满足了现代射频传感检测系统小型化与高度集成化的发展需求，具有更广阔的应用范围。

2.本发明所提出的基于衬底集成波导重入式谐振腔的多功能传感器为封闭式结构，电磁能量被限制在谐振腔内部，无法向自由空间中辐射，从而保证了谐振腔高品质因数的特性，在此基础上通过减少馈电深度进行弱耦合，进一步提高了品质因数以满足高损耗物质的测试需求。

3.本发明在传统重入式谐振腔的基础上对样品装载方式进行了改进。传统重入式腔体将测试物放于电容柱间隙之间，需要制作微流道放入腔体内部并注入液体或气体测试物，每种样品测试后进行清理需要多次抽空微流道。本发明设计一个贯穿四层介质基板并位于电容柱结构与靠近的金属边界之间的非金属化通孔作为介电常数传感区域，同时设计一个贯通的长条凹槽作为磁导率传感区域，这样使用聚四氟乙烯管装载测试物分别穿过两个区域，这种可拆卸的容器不再需要多次抽空通道进行清理，且可直接装载粉末测试物并通过称重控制压实度，可使用同一样品放入腔体两个不同的传感区域进行测量。

4.本发明在传统折叠型重入式腔体的基础上对介电常数传感区进行了进一步优化。传统折叠型重入式腔体的介电常数传感区在电容柱间隙的中心位置，为了减少介电常数测量受样品磁导率的影响，需要进一步减少该传感区域的磁场强度。本发明改变了介电常数传感区域测试物的位置，使非金属化通孔的圆心从电容柱中心改为电容柱边缘，此区域是腔体折叠后的磁场最弱点。本发明的介电常数传感区域包括了电容柱与腔体的间隙和腔体折叠处凹槽的中点位置，利用腔体折叠处的强电场增大了测试物在腔体电场中的有效体积比，进一步提高了介电常数测量的灵敏度。

5.本发明对磁导率传感区进行优化提高了灵敏度，同时减少样品介电常数的影响。重入式腔体的磁场强度分布为腔体中心的电容柱磁场最弱，因此，腔体边缘的磁场最强，所以将磁导率传感区设置于远离电容柱的腔体边缘内侧。另一方面，因为腔体使用共面波导进行馈电，为了减少馈电线激发电场的影响，将两段馈电线设计为第一介质基板上并列的结构，并将磁导率传感区设计于第三介质基板和第四介质基板中以远离馈电线，实现磁导率测量区域磁场与电场的分离。

6.本发明提出的多功能传感器相比于其他传感器在物理结构上拥有更好的电磁分离特性，减少了介电常数测量受样品磁导率的影响。因此，本发明的传感器测量介电损耗角不需要考虑磁损耗角的影响，介电损耗角的求解模型不引入磁损耗正切角，减少自变量个数的同时减少了多自变量之间需要考虑的相关关系类型，这可以极大地简化后续采用的多元非线性回归模型，利于数据的计算处理。另一方面，由于不在介电损耗角求解中带入磁损耗角计算值，本发明相比于其他传感器避免了分步计算产生的误差累积。

7.传统的多功能传感器需对应使用的复磁导率提取方法中，提取磁导率实部以谐振频点为单一自变量建立模型，样品的高磁损耗会导致较大频率误差，而且提取磁损耗正切角时以该磁导率实部计算值和品质因数为自变量建立模型，会将磁导率实部的计算误差累积于磁损耗角计算中。采用本发明的多功能传感器结构，可以简化传统磁导率的提取方法，考虑高磁损耗降低谐振频点的普遍规律，在求解磁导率实部时引入品质因数为新自变量减少计算误差；磁损耗正切角的求解模型使用谐振频点和品质因数作为自变量，谐振频点代替磁导率实部可避免误差的累积。

8.本发明所提出的折叠型衬底集成波导重入式谐振腔结构具有高度可调的谐振频点，在不改变谐振腔整体尺寸的条件下通过简单调整优化谐振腔内部的关键结构参数即可实现对工作频点的灵活调整，适用范围更广。

附图说明

图1是本发明提出的多功能传感器的截面示意图；

图2是本发明提出的多功能传感器的立体分解示意图；

图3(a)是本发明提出的多功能传感器的第一介质基板的正面示意图；

图3(b)是本发明提出的多功能传感器的第一介质基板的背面示意图；

图4(a)是本发明提出的多功能传感器的第二介质基板的正面示意图；

图4(b)是本发明提出的多功能传感器的第二介质基板的背面示意图；

图5(a)是本发明提出的多功能传感器的第三介质基板的正面示意图；

图5(b)是本发明提出的多功能传感器的第三介质基板的背面示意图；

图6(a)是本发明提出的多功能传感器的第四介质基板的正面示意图；

图6(b)是本发明提出的多功能传感器的第四介质基板的背面示意图；

图7是本发明提出的多功能传感器与未折叠重入式谐振腔的介电常数传感区中仿真介电常数实部为10的样品的传输响应曲线对比图；

图8(a)是本发明提出的多功能传感器的介电常数传感区中仿真不同磁导率实部与磁损耗正切角样品的传输响应曲线图；

图8(b)是本发明提出的多功能传感器的磁导率传感区中仿真不同介电常数实部与介电损耗正切角样品的传输响应曲线图；

图9(a)是本发明提出的多功能传感器的介电常数传感区中仿真不同介电常数实部样品的传输响应曲线图；

图9(b)是本发明提出的多功能传感器的介电常数传感区中仿真不同介电损耗正切角样品的传输响应曲线图；

图10(a)是本发明提出的多功能传感器的磁导率传感区中仿真不同磁导率实部样品的传输响应曲线图；

图10(b)是本发明提出的多功能传感器的磁导率传感区中仿真不同磁损耗正切角样品的传输响应曲线图。

具体实施方式

为了更好阐述设计过程和目的，下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明：

如图1至图6（a）和图6（b）所示，本发明提出的用于测量磁介质材料介电常数和磁导率的重入式腔体传感器包含谐振腔（1）和两段共面波导馈电线（2）。整个传感器是由纵向叠合的四块介质基板构成传感器基体，每块介质基板均具有顶层金属层、中间介质层以及底层金属层三层结构。所述谐振腔（1）形成在第一介质基板（1-1）和第二介质基板（1-2）、第三介质基板（1-3）和第四介质基板（1-4）之间。

第一介质基板（1-1）、第二介质基板（1-2）、第三介质基板（1-3）及第四介质基板（1-4）的中间介质层材料均相同，在本实施例中，该材料为F4BM，其相对介电常数为2.5，相对磁导率为1，损耗正切角为0.0025。

第一介质基板（1-1）、第二介质基板（1-2）、第三介质基板（1-3）及第四介质基板（1-4）的整体长度与宽度均相同，作为优选，其长度均为57mm，宽度均为38.6mm。

第一介质基板（1-1）与第四介质基板（1-4）的各层具有相同的厚度，作为优选，厚度为1.5mm。第二介质基板（1-2）与第三介质基板（1-3）各层具有相同的厚度，作为优选，厚度为3mm。

共面波导馈电线（2）位于第一介质基板（1-1）的顶层金属层，其目的是为了实现谐振腔的激励，实现弱耦合馈电从而实现提高品质因数的效果，馈电线采用锥形渐变结构并适当减少了馈电深度，作为优选，其总长度为10.85mm，外侧宽度为2mm，内侧宽度为0.8mm，馈电线两侧缝隙的宽度为0.8mm。

作为优选，在第二介质基板（1-2）、第三介质基板（1-3）和第四介质基板（1-4）在对应共面波导馈电线（2）的位置均刻蚀出矩形缺口（1-8-2），作为共面波导馈电线（2）的连接头的放置位置。

第一介质基板（1-1）、第二介质基板（1-2）、第三介质基板（1-3）及第四介质基板（1-4）的中间介质层均刻蚀有数个金属化通孔（1-5），均匀分布在谐振腔腔体的外围及馈电线的两侧，用以等效谐振腔的金属边界，作为优选，金属化通孔（1-5）的直径为0.9mm，两相邻通孔间的圆心距为1.37mm。

为了形成谐振腔腔体，在第一介质基板（1-1）的底层金属层、第二介质基板（1-2）的顶层金属层、第三介质基板（1-3）的底层金属层及第四介质基板（1-4）的顶层金属层的中心区域均刻蚀有一块相同面积的矩形凹槽（1-6），槽底刻蚀至各自的中间介质层。作为优选，矩形凹槽（1-6）的长度为40mm，宽度为21.3mm。将所述第一介质基板（1-1）和第二介质基板（1-2）的矩形凹槽（1-6）上下对齐，第三介质基板（1-3）和第四介质基板（1-4）矩形凹槽（1-6）上下对齐，即形成矩形的谐振腔（1）腔体,所述谐振腔（1）是一个矩形重入式、沿中心线折叠的二分之一模腔。

同时，在刻蚀矩形凹槽（1-6）时，第二介质基板（1-2）的顶层金属层与第三介质基板（1-3）的底层金属层在所述矩形凹槽（1-6）区域均留有一块矩形金属（1-2-1）不刻蚀。该矩形金属（1-2-1）的位置应设在靠近谐振腔一侧的金属边界位置，因为折叠腔体的电场集中于矩形凹槽（1-2-3）的中间，该矩形金属（1-2-1）的位置设在矩形凹槽（1-2-3）边缘并与金属化通孔（1-2-2）形成电容柱结构可以进一步集中腔体电场。同时所述第二介质基板（1-2）和第三介质基板（1-3）各自的中间基质层在对应所述矩形金属（1-2-1）区域位置刻蚀有多个金属化通孔（1-2-2），由所述矩形金属（1-2-1）和金属化通孔（1-2-2）共同形成谐振腔的电容柱结构。作为优选，矩形金属（1-2-1）的长度为7mm，宽度为3.5mm，金属化通孔（1-2-2）的直径为0.8mm，相邻通孔间的两种圆心距分别为1.3mm和1.8mm（这里设计两种圆心距是因为矩形金属（1-2-1）的宽度为3.5mm，而PCB的加工工艺要求金属化通孔（1-2-2）之间留有0.45mm间距，金属化通孔与矩形金属边缘需留0.3mm间距，所以只能在宽边处设计两个金属化通孔，圆心距为1.8mm)。

在以上的电容柱结构与靠近的金属边界之间贯穿四层介质基板刻蚀一个非金属化通孔（1-7），就可形成介电常数传感区域。作为优选，该通孔直径为3.6mm。

为了形成不受影响的磁导率传感区域，选择在第三介质基板（1-3）与第四介质基板（1-4）的中间介质层相对刻蚀一条长条凹槽（1-8-1），该长条凹槽（1-8-1）要横穿过谐振腔贯通基板的两侧，且位置要与谐振腔另一侧的金属边界靠近并平行，即在远离介电常数传感区域，形成磁导率传感区域。作为优选，第三介质基板（1-3）的凹槽深度为2.55mm，第四介质基板（1-4）的凹槽深度为1mm。

由此，可以在介电常数传感区和磁导率传感区中使用聚四氟乙烯管装载样品，作为优选，聚四氟乙烯管的内直径为2.8mm，外直径为3.5mm。

第二介质基板（1-2）的底层金属层与第三介质基板（1-3）的顶层金属层在与矩形金属（1-2-1）位置靠近的金属边界内侧各刻蚀有一长条凹槽（1-2-3），槽底刻蚀至各自的中间介质层，长条凹槽（1-2-3）平行于该金属边界，两端延伸不超过谐振腔领两端的金属边界。四块基板纵向叠合后，长条凹槽（1-2-3）也上下对齐。以上长条凹槽（1-2-3）的设计目的是为了允许电磁波从第一介质基板和第二介质基板传播到第三介质基板和第四介质基板，从而实现折叠形式的电磁场分布模式。通过适当选取长条凹槽（1-2-3）的尺寸参数可以使谐振腔获得与未折叠重入式谐振腔相同的谐振性能，作为优选，长条凹槽（1-2-3）的长度为40mm，宽度为1.8mm。

本发明所提出的用于全面表征介电常数与磁导率的多功能传感器的工作原理为腔体微扰法。该传感器构造为单一重入式腔体结构划分不同区域测量同一样品的复介电常数与复磁导率。图7为折叠腔体与未折叠腔体的介电常数测量灵敏度对比图，介电常数测试中频率改变量的增加是因为在电容柱强电场的基础上进一步利用了折叠区域的强电场。

图8（a）为介电常数传感区中不同磁导率与磁损耗正切角样品的传输响应曲线，图8（b）为磁导率传感区中不同介电常数与介电损耗正切角样品的传输响应曲线。图9（a）与图9（b）分别展示在介电常数传感区中仿真不同介电常数实部与介电损耗正切角样品的传输响应曲线。图10（a）与图10（b）分别展示在磁导率传感区中仿真不同磁导率实部与磁损耗正切角样品的传输响应曲线。上述仿真图说明了在介电常数传感区中样品磁导率的影响和磁导率传感区中样品介电常数的影响都极小，与传感器测试的灵敏度相比介电常数与磁导率的相互影响可以忽略不计。由图9（b）可知，介电损耗正切角对频点影响很小，介电常数实部拟合公式使用自变量为谐振频率的一元函数；由图10（b）可知，磁损耗正切角对频点影响较大，磁导率实部拟合公式使用自变量为谐振频率与品质因数的二元函数。

本发明通过仿真数据建立的数值模型，测试不同样品后代入谐振频点和品质因数求解复介电常数与复磁导率。由于测试对象为磁损耗较大的金属氧化物，传统传感器在介电常数测量时的品质因数受样品磁损耗影响较大，求解介电损耗角的数值模型必须增加磁损耗正切角作为新变量，通过增加模型复杂度弥补电磁分离性能上的不足。另外，这种分步求解的方式会把计算磁损耗的误差代入介电损耗角的计算之中。本发明提出的折叠型重入式腔体在物理结构上进一步降低了样品测试中介电常数和磁导率的相互影响，求解介电常数的数值模型不引入磁损耗正切角，实现介电常数与磁导率独立测量求解的同时也避免分步计算带来的累积误差，从而实现对磁性粉末磁电特性的精确表征。

本发明将折叠技术应用于衬底集成波导重入式谐振腔，在保证谐振腔高品质因数的同时极大程度地缩减了谐振腔的相对尺寸，为了适应高损耗物质的测量通过弱耦合馈电进一步提高品质因数，在单一腔体结构中划分了不同传感区域，利用折叠区域增强灵敏度，从而获得了一种具有良好电磁分离特性、结构紧凑、易于加工与集成的全面表征介电常数与磁导率的多功能传感器。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.一种用于测量磁介质材料介电常数和磁导率的重入式腔体传感器，其特征在于：所述传感器包含谐振腔(1)和两段共面波导馈电线(2)；所述传感器由纵向叠合的四块介质基板构成传感器基体，每块介质基板均具有顶层金属层、中间介质层以及底层金属层三层结构；

第一介质基板（1-1）的底层金属层和第二介质基板（1-2）的顶层金属层、第三介质基板（1-3）的底层金属层和第四介质基板（1-4）的顶层金属层在中间区域均刻蚀有上下位置对应、形状面积相同的矩形凹槽（1-6），槽底刻蚀至各自的中间介质层，所述矩形凹槽（1-6）两两合拢并上下重叠形成一个折叠的二分之一模矩形重入式谐振腔（1），所述谐振腔（1）是一个矩形重入式谐振腔沿中心线折叠的二分之一模腔；

所述两段共面波导馈电线（2）并列位于第一介质基板（1-1）的顶层金属层上；

每一块所述介质基板的中间介质层均刻蚀有多个第一金属化通孔（1-5），多个第一金属化通孔（1-5）均匀分布在所述谐振腔（1）的外围，多个第一金属化通孔（1-5）均匀分布在所述馈电线（2）的两侧，等效谐振腔的金属边界；

所述第二介质基板（1-2）的顶层金属层与所述第三介质基板（1-3）的底层金属层在所述矩形凹槽（1-6）区域并邻近谐振腔一侧的金属边界位置各自留有一块矩形金属（1-2-1）未刻蚀；所述第二介质基板（1-2）和第三介质基板（1-3）的中间介质层在对应所述矩形金属（1-2-1）区域位置刻蚀有多个第二金属化通孔（1-2-2），所述矩形金属（1-2-1）和第二金属化通孔（1-2-2）共同形成谐振腔的电容柱结构；贯穿四层介质基板并在所述电容柱结构与靠近的金属边界之间刻蚀有一个非金属化通孔（1-7），作为介电常数传感区域；

所述第三介质基板（1-3）与第四介质基板（1-4）的中间介质层上相对刻蚀有长条凹槽（1-8-1），所述长条凹槽（1-8-1）横穿过谐振腔并贯通基板的两侧，且位置与远离电容柱结构一侧的谐振腔金属边界靠近并与金属边界平行，作为磁导率传感区域；

所述第二介质基板（1-2）的底层金属层与第三介质基板（1-3）的顶层金属层在与所述电容柱结构靠近的金属边界的内侧各刻蚀有一长条凹槽（1-2-3），槽底刻蚀至各自的中间介质层，允许电磁波从第一介质基板和第二介质基板传播到第三介质基板和第四介质基板，实现折叠形式的电磁场分布模式。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述矩形金属（1-2-1）和第二金属化通孔（1-2-2）共同形成谐振腔的电容柱结构位于长条凹槽（1-2-3）的中点相对的位置。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述第二介质基板（1-2）、第三介质基板（1-3）和第四介质基板（1-4）在对应共面波导馈电线（2）的位置均刻蚀出矩形缺口（1-8-2），作为共面波导馈电线（2）的连接头的放置位置。

4.根据权利要求1、2或3所述的传感器，其特征在于：所述共面波导馈电线（2）为锥形渐变结构，总长度为10.85mm，馈电线的锥形的较大直径一端的宽度为2mm，锥形的末端馈入口宽度为0.8mm，馈电线两侧的缝隙宽度为0.8mm。

5.根据权利要求1、2或3所述的传感器，其特征在于：所述第二介质基板（1-2）的底层金属层与第三介质基板（1-3）的顶层金属层上刻蚀的长条凹槽（1-2-3）具有相同的长度与宽度，并在组合时上下对齐。

6.根据权利要求1、2或3所述的传感器，其特征在于：所述第一介质基板(1-1)与介质基板(1-4)的各层厚度相同，所述第二介质基板（1-2）与第三介质基板（1-3）的各层厚度相同，所有四块介质基板的长度与宽度均相同。

7.根据权利要求1、2或3所述的传感器，其特征在于：所述四层介质基板的非金属化通孔（1-7）直径为3.6mm；第三介质基板（1-3）上的矩形凹槽（1-8-1）深度为2.55mm，第四介质基板（1-4）上的矩形凹槽（1-8-1）深度为1mm。

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